KR102620940B1 - Wireless power receiver - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력수신장치는, 무선전력송신장치로부터 전력을 수신하는 수신 수동 소자; 전력을 정류하도록 서로 연결되는 복수의 다이오드와, 복수의 다이오드에 각각 병렬 연결되는 복수의 캐패시터와, 복수의 캐패시터와 공진하도록 복수의 다이오드에 연결되는 인덕터를 포함할 수 있다.A wireless power receiving device according to an embodiment of the present invention includes a passive receiving element that receives power from a wireless power transmitting device; It may include a plurality of diodes connected to each other to rectify power, a plurality of capacitors respectively connected in parallel to the plurality of diodes, and an inductor connected to the plurality of diodes to resonate with the plurality of capacitors.
Description
본 발명은 무선전력수신장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless power reception device.
일반적으로 무선전력수신장치는 무선전력송신장치나 외부로부터 전력을 수신할 수 있다. 최근 무선전력수신장치의 수신 파워가 증가함에 따라, 무선전력수신장치가 내부 또는 인접 제품에 대한 전자기간섭(electro-magnetic interference, EMI)을 유발한다는 문제점은 점차 대두되고 있다. 이에 따라, 무선전력수신장치는 무선전력전송 시스템 표준에 따른 전자기간섭 규격을 만족시키기 어려운 실정이다.In general, a wireless power receiving device can receive power from a wireless power transmitting device or an external source. Recently, as the receiving power of wireless power receiving devices increases, the problem that wireless power receiving devices cause electro-magnetic interference (EMI) to internal or adjacent products is increasingly emerging. Accordingly, it is difficult for wireless power receiving devices to satisfy electromagnetic interference specifications according to wireless power transmission system standards.
본 발명의 일 실시 예는 전자기간섭을 줄일 수 있는 무선전력수신장치를 제공한다.One embodiment of the present invention provides a wireless power reception device that can reduce electromagnetic interference.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력수신장치는, 무선전력송신장치로부터 전력을 수신하는 수신 수동 소자; 상기 전력을 정류하도록 서로 연결되는 복수의 다이오드; 상기 복수의 다이오드에 각각 병렬 연결되는 복수의 캐패시터; 및 상기 복수의 캐패시터와 공진하도록 상기 복수의 다이오드에 연결되는 인덕터; 를 포함할 수 있다.A wireless power receiving device according to an embodiment of the present invention includes a passive receiving element that receives power from a wireless power transmitting device; a plurality of diodes connected to each other to rectify the power; A plurality of capacitors each connected in parallel to the plurality of diodes; and an inductor connected to the plurality of diodes to resonate with the plurality of capacitors; may include.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력전송 수신기는, 무선전력전송 송신기로부터 자기공진방식으로 전력을 수신하는 수신 인덕터; 상기 수신 인덕터와 공진하는 수신 캐패시터; 상기 수신 인덕터와 상기 수신 캐패시터의 공진 신호를 로우 패스 필터링하는 로우 패스 필터; 및 상기 로우 패스 필터의 출력 신호를 정류하는 정류기; 를 포함하고, 상기 정류기는 서로 공진하는 캐패시터 및 인덕터를 포함할 수 있다.A wireless power transmission receiver according to an embodiment of the present invention includes a receiving inductor that receives power in a self-resonant manner from a wireless power transmission transmitter; a receiving capacitor resonating with the receiving inductor; a low-pass filter that low-pass filters the resonance signal of the receiving inductor and the receiving capacitor; and a rectifier for rectifying the output signal of the low-pass filter. It includes, and the rectifier may include a capacitor and an inductor that resonate with each other.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력수신장치는 정류기의 정류 동작에 따라 발생되는 고조파를 감소시켜 전자기간섭을 줄일 수 있으며, 무선전력전송 시스템 표준에 따른 전자기간섭 규격을 만족시키기 용이해질 수 있다.The wireless power receiving device according to an embodiment of the present invention can reduce electromagnetic interference by reducing harmonics generated according to the rectification operation of the rectifier, and can easily satisfy electromagnetic interference specifications according to the wireless power transmission system standard.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력송신장치에 포함되는 정류기를 나타낸 회로도이다.
도 2a는 도 1의 정류기의 제1 상태 등가회로를 나타낸 회로도이다.
도 2b는 도 1의 정류기의 제2 상태 등가회로를 나타낸 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력송신장치에 포함되는 정류기를 나타낸 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력수신장치를 나타낸 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력수신장치를 나타낸 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력수신장치의 무선전력전송 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력수신장치에 포함되는 정류기의 입력 신호를 나타낸 그래프이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력수신장치에 포함되는 정류기의 출력 신호를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력수신장치에 포함되는 정류기의 입력 신호 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.Figure 1 is a circuit diagram showing a rectifier included in a wireless power transmission device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2A is a circuit diagram showing the first state equivalent circuit of the rectifier of FIG. 1.
FIG. 2b is a circuit diagram showing a second state equivalent circuit of the rectifier of FIG. 1.
Figure 3 is a circuit diagram showing a rectifier included in a wireless power transmission device according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a circuit diagram showing a wireless power reception device according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a circuit diagram showing a wireless power reception device according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a block diagram showing a wireless power transmission system of a wireless power reception device according to an embodiment of the present invention.
Figure 7a is a graph showing an input signal of a rectifier included in a wireless power receiving device according to an embodiment of the present invention.
Figure 7b is a graph showing the output signal of a rectifier included in the wireless power receiving device according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a graph showing the input signal spectrum of a rectifier included in the wireless power receiving device according to an embodiment of the present invention.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.The detailed description of the present invention described below refers to the accompanying drawings, which show by way of example specific embodiments in which the present invention may be practiced. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different from one another but are not necessarily mutually exclusive. For example, specific shapes, structures and characteristics described herein with respect to one embodiment may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention. Additionally, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the detailed description that follows is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the invention is limited only by the appended claims, together with all equivalents to what those claims assert, if properly described. Similar reference numbers in the drawings refer to identical or similar functions across various aspects.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings in order to enable those skilled in the art to easily practice the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력송신장치에 포함되는 정류기를 나타낸 회로도이다.Figure 1 is a circuit diagram showing a rectifier included in a wireless power transmission device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력송신장치에 포함되는 정류기는, 제1 다이오드(D11), 제2 다이오드(D12), 제3 다이오드(D13), 제4 다이오드(D14), 제1 캐패시터(C11), 제2 캐패시터(C12), 제3 캐패시터(C13), 제4 캐패시터(C14), 평활 캐패시터(Co) 및 인덕터(L11)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the rectifier included in the wireless power transmission device according to an embodiment of the present invention includes a first diode (D11), a second diode (D12), a third diode (D13), and a fourth diode (D14). ), a first capacitor (C11), a second capacitor (C12), a third capacitor (C13), a fourth capacitor (C14), a smoothing capacitor (Co), and an inductor (L11).
제1 및 제2 다이오드(D11, D12)는 입력 신호를 정류하도록 서로 연결될 수 있다.The first and second diodes D11 and D12 may be connected to each other to rectify the input signal.
예를 들어, 상기 제1 다이오드(D11)는 제1 입력 단자로부터의 전류를 통과시키도록 연결되고, 상기 제2 다이오드(D12)는 제2 입력 단자로부터의 전류를 통과시키도록 연결될 수 있다. 이에 따라, 정류기의 출력 단자의 전압(Vo)은 제1 입력 단자의 전압(VI1)이 제2 입력 단자의 전압(VI2)보다 클 때 양의 전압일 수 있고, 제1 입력 단자의 전압(VI1)이 제2 입력 단자의 전압(VI2)보다 작을 때도 양의 전압일 수 있다.For example, the first diode D11 may be connected to pass a current from a first input terminal, and the second diode D12 may be connected to pass a current from a second input terminal. Accordingly, the voltage (Vo) of the output terminal of the rectifier may be a positive voltage when the voltage (V I1 ) of the first input terminal is greater than the voltage (V I2 ) of the second input terminal, and the voltage of the first input terminal Even when (V I1 ) is less than the voltage (V I2 ) of the second input terminal, it may be a positive voltage.
제3 및 제4 다이오드(D13, D14)는 제1 및 제2 다이오드(D11, D12)와 함께 입력 신호를 정류할 수 있다.The third and fourth diodes D13 and D14 may rectify the input signal together with the first and second diodes D11 and D12.
예를 들어, 상기 제3 다이오드(D13)는 제1 입력 단자를 향하여 전류를 통과시키도록 연결되고, 상기 제4 다이오드(D14)는 제2 입력 단자를 향하여 전류를 통과시키도록 연결될 수 있다. 이에 따라, 정류기의 출력 단자의 전압(Vo)은 제1 입력 단자의 전압(VI1)이 제2 입력 단자의 전압(VI2)보다 클 때 양의 전압일 수 있고, 제1 입력 단자의 전압(VI1)이 제2 입력 단자의 전압(VI2)보다 작을 때도 양의 전압일 수 있다.For example, the third diode D13 may be connected to pass current toward the first input terminal, and the fourth diode D14 may be connected to pass current toward the second input terminal. Accordingly, the voltage (Vo) of the output terminal of the rectifier may be a positive voltage when the voltage (V I1 ) of the first input terminal is greater than the voltage (V I2 ) of the second input terminal, and the voltage of the first input terminal Even when (V I1 ) is less than the voltage (V I2 ) of the second input terminal, it may be a positive voltage.
제1, 제2, 제3 및 제4 캐패시터(C11, C12, C13, C14)는 각각 제1, 제2, 제3 및 제4 다이오드(D11, D12, D13, D14)에 병렬 연결될 수 있다.The first, second, third, and fourth capacitors C11, C12, C13, and C14 may be connected in parallel to the first, second, third, and fourth diodes D11, D12, D13, and D14, respectively.
예를 들어, 제1 캐패시터(C11)는 일단이 제1 다이오드(D11)의 일단에 연결되고 타단이 제1 다이오드(D11)의 타단에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2 캐패시터(C12)는 일단이 제2 다이오드(D12)의 일단에 연결되고 타단이 제2 다이오드(D12)의 타단에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제3 캐패시터(C13)는 일단이 제3 다이오드(D13)의 일단에 연결되고 타단이 제3 다이오드(D13)의 타단에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제4 캐패시터(C14)는 일단이 제1 다이오드(D14)의 일단에 연결되고 타단이 제4 다이오드(D14)의 타단에 연결될 수 있다.For example, one end of the first capacitor C11 may be connected to one end of the first diode D11 and the other end may be connected to the other end of the first diode D11. For example, the second capacitor C12 may have one end connected to one end of the second diode D12 and the other end connected to the other end of the second diode D12. For example, the third capacitor C13 may have one end connected to one end of the third diode D13 and the other end connected to the other end of the third diode D13. For example, one end of the fourth capacitor C14 may be connected to one end of the first diode D14 and the other end may be connected to the other end of the fourth diode D14.
평활 캐패시터(Co)는 출력 단자의 전압(Vo)의 변화를 완만하게 할 수 있다. 상기 평활 캐패시터(Co)의 캐패시턴스에 따라 출력 단자의 전압(Vo)의 파형은 달라질 수 있다. 출력 단자의 전압(Vo)의 신호가 정현파의 파형을 가지고자 한다면, 상기 평활 캐패시터(Co)는 구비되지 않을 수도 있다.The smoothing capacitor (Co) can gently change the voltage (Vo) of the output terminal. The waveform of the voltage (Vo) at the output terminal may vary depending on the capacitance of the smoothing capacitor (Co). If the signal of the voltage Vo at the output terminal is to have a sinusoidal waveform, the smoothing capacitor Co may not be provided.
인덕터(L11)는 제1, 제2, 제3 및 제4 캐패시터(C11, C12, C13, C14)와 공진하도록 제1 및 제2 다이오드(D11, D12)에 연결될 수 있다. 상기 인덕터(L11)과 제1, 제2, 제3 및 제4 캐패시터(C11, C12, C13, C14)간의 공진은 제1 입력 단자의 전압(VI1)과 제2 입력 단자의 전압(VI2)간의 차이 전압이 정현파에 가까운 파형을 가지게 할 수 있다.The inductor L11 may be connected to the first and second diodes D11 and D12 to resonate with the first, second, third, and fourth capacitors C11, C12, C13, and C14. Resonance between the inductor (L11) and the first, second, third, and fourth capacitors (C11, C12, C13, C14) is caused by the voltage (V I1 ) of the first input terminal and the voltage (V I2) of the second input terminal. ) can have a waveform close to a sine wave.
?첸? 정류기가 상기 인덕터(L11) 및 복수의 캐패시터를 포함하지 않을 경우, 제1 입력 단자의 전압(VI1)과 제2 입력 단자의 전압(VI2)간의 차이 전압은 구형파(square wave)에 가까운 파형을 가질 수 있다. 상기 구형파는 기본파(fundamental wave)뿐만 아니라 작지 않은 파워를 가지는 홀수 차수의 고조파들(odd-order harmonics)까지도 포함하는 파형이므로, 상기 고조파를 통해 정류기를 포함하는 제품 또는 정류기의 인접 제품에 대한 전자기간섭(electro-magnetic interference)을 유발할 수 있다.?Chen? When the rectifier does not include the inductor (L11) and a plurality of capacitors, the difference voltage between the voltage (V I1 ) of the first input terminal and the voltage (V I2 ) of the second input terminal has a waveform close to a square wave. You can have Since the square wave is a waveform that includes not only the fundamental wave but also odd-order harmonics with not small power, the electromagnetic wave to a product containing a rectifier or a product adjacent to the rectifier is transmitted through the harmonics. May cause electro-magnetic interference.
그러나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력송신장치를 포함하는 정류기는 상기 인덕터(L11)와 복수의 캐패시터가 공진하게 함으로써, 제1 입력 단자의 전압(VI1)과 제2 입력 단자의 전압(VI2)이 정현파(sinusoidal wave)에 가까운 파형을 가지게 할 수 있다. 이에 따라, 정류기의 정류 동작에 따라 발생되는 고조파는 감소될 수 있다.However, a rectifier including a wireless power transmission device according to an embodiment of the present invention causes the inductor (L11) and a plurality of capacitors to resonate, so that the voltage (V I1 ) of the first input terminal and the voltage of the second input terminal (V I2 ) can have a waveform close to a sinusoidal wave. Accordingly, harmonics generated according to the rectification operation of the rectifier can be reduced.
도 2a는 도 1의 정류기의 제1 상태 등가회로를 나타낸 회로도이다.FIG. 2A is a circuit diagram showing the first state equivalent circuit of the rectifier of FIG. 1.
도 2a를 참조하면, 정류기의 제1 상태는 제1 입력 단자의 전압(VI1)이 제2 입력 단자의 전압(VI2)보다 높을 때를 의미한다. 여기서, 순 바이어스(forward bias) 상태의 다이오드는 단락 상태로 표현될 수 있으며, 역 바이어스(reverse bias) 상태의 다이오드는 오픈 상태로 표현될 수 있다. 회로 해석 방법에 따라, 순 바이어스 상태의 다이오드와 병렬 연결된 캐패시터는 무시될 수도 있다.Referring to FIG. 2A, the first state of the rectifier means when the voltage (V I1 ) of the first input terminal is higher than the voltage (V I2 ) of the second input terminal. Here, a diode in a forward bias state can be expressed as a short-circuit state, and a diode in a reverse bias state can be expressed as an open state. Depending on the circuit analysis method, the capacitor connected in parallel with the diode in the forward bias state may be ignored.
이에 따라, 정류기의 제1 상태 등가회로는 제2 캐패시터(C12), 제3 캐패시터(C13) 및 인덕터(L11)가 공진하는 구조를 가질 수 있다. 여기서, 정류기의 제1 상태 등가회로는 제2 캐패시터(C12)와 제3 캐패시터(C13)의 총 캐패시턴스와 인덕터(L11)의 인덕턴스에 기초한 공진 주파수를 가질 수 있다. 상기 공진 주파수는 입력 신호의 주파수와 동일하게 설계될 수 있다.Accordingly, the first state equivalent circuit of the rectifier may have a structure in which the second capacitor C12, the third capacitor C13, and the inductor L11 resonate. Here, the first state equivalent circuit of the rectifier may have a resonance frequency based on the total capacitance of the second capacitor C12 and the third capacitor C13 and the inductance of the inductor L11. The resonance frequency can be designed to be the same as the frequency of the input signal.
도 2b는 도 1의 정류기의 제2 상태 등가회로를 나타낸 회로도이다.FIG. 2b is a circuit diagram showing a second state equivalent circuit of the rectifier of FIG. 1.
도 2b를 참조하면, 정류기의 제2 상태는 제1 입력 단자의 전압(VI1)이 제2 입력 단자의 전압(VI2)보다 낮을 때를 의미한다.Referring to Figure 2b, the second state of the rectifier means when the voltage (V I1 ) of the first input terminal is lower than the voltage (V I2 ) of the second input terminal.
이에 따라, 정류기의 제2 상태 등가회로는 제1 캐패시터(C11), 제4 캐패시터(C14) 및 인덕터(L11)가 공진하는 구조를 가질 수 있다. 여기서, 정류기의 제2 상태 등가회로는 제1 캐패시터(C11)와 제4 캐패시터(C14)의 총 캐패시턴스와 인덕터(L11)의 인덕턴스에 기초한 공진 주파수를 가질 수 있다. 상기 공진 주파수는 입력 신호의 주파수와 동일하게 설계될 수 있다.Accordingly, the second state equivalent circuit of the rectifier may have a structure in which the first capacitor C11, the fourth capacitor C14, and the inductor L11 resonate. Here, the second state equivalent circuit of the rectifier may have a resonance frequency based on the total capacitance of the first capacitor C11 and the fourth capacitor C14 and the inductance of the inductor L11. The resonance frequency can be designed to be the same as the frequency of the input signal.
본 발명의 일 실시 예에 따른 정류기는 제1 및 제2 상태에서 인덕터(L11)와 복수의 캐패시터가 안정적으로 공진하는 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 정류기의 정류 동작에 따라 발생되는 고조파는 크게 감소될 수 있다.The rectifier according to an embodiment of the present invention may have a structure in which the inductor L11 and a plurality of capacitors stably resonate in the first and second states. Accordingly, harmonics generated according to the rectification operation of the rectifier can be greatly reduced.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력송신장치에 포함되는 정류기를 나타낸 회로도이다.Figure 3 is a circuit diagram showing a rectifier included in a wireless power transmission device according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력송신장치에 포함되는 정류기는, 제1 다이오드(D21), 제2 다이오드(D22), 제1 캐패시터(C21), 제2 캐패시터(C22), 평활 캐패시터(Co), 제1 인덕터(L21) 및 제2 인덕터(L22)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the rectifier included in the wireless power transmission device according to an embodiment of the present invention includes a first diode (D21), a second diode (D22), a first capacitor (C21), and a second capacitor (C22). ), a smoothing capacitor (Co), a first inductor (L21), and a second inductor (L22).
제1 및 제2 다이오드(D21, D22)는 입력 신호를 정류하도록 서로 연결될 수 있다.The first and second diodes D21 and D22 may be connected to each other to rectify the input signal.
제1 및 제2 캐패시터(C21, C22)는 각각 제1 및 제2 다이오드(D21, D22)에 병렬 연결될 수 있다.The first and second capacitors C21 and C22 may be connected in parallel to the first and second diodes D21 and D22, respectively.
평활 캐패시터(Co)는 출력 단자의 전압(Vo)의 변화를 완만하게 할 수 있다.The smoothing capacitor (Co) can gently change the voltage (Vo) of the output terminal.
제1 인덕터(L21)는 제1 캐패시터(C21)와 공진하도록 제1 다이오드(D21) 및 제3 입력 단자에 연결될 수 있다. 상기 제1 인덕터(L21)과 제1 캐패시터(C21)간의 공진은 제1 입력 단자의 전압(VI1)과 제3 입력 단자의 전압(VI3)간의 차이 전압이 정현파에 가까운 파형을 가지게 할 수 있다.The first inductor L21 may be connected to the first diode D21 and the third input terminal to resonate with the first capacitor C21. Resonance between the first inductor (L21) and the first capacitor (C21) can cause the difference voltage between the voltage (V I1 ) of the first input terminal and the voltage (V I3 ) of the third input terminal to have a waveform close to a sine wave. there is.
제2 인덕터(L22)는 제2 캐패시터(C22)와 공진하도록 제2 다이오드(D22) 및 제3 입력 단자에 연결될 수 있다. 상기 제2 인덕터(L22)과 제2 캐패시터(C22)간의 공진은 제2 입력 단자의 전압(VI2)과 제3 입력 단자의 전압(VI3)간의 차이 전압이 정현파에 가까운 파형을 가지게 할 수 있다.The second inductor L22 may be connected to the second diode D22 and the third input terminal to resonate with the second capacitor C22. Resonance between the second inductor (L22) and the second capacitor (C22) can cause the difference voltage between the voltage (V I2 ) of the second input terminal and the voltage (V I3 ) of the third input terminal to have a waveform close to a sine wave. there is.
즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력송신장치에 포함되는 정류기는 제1 및 제2 인덕터(L21, L22) 각각이 제1 및 제2 캐패시터(C21, C22)와 공진하게 함으로써, 제1 입력 단자의 전압(VI1)과 제2 입력 단자의 전압(VI2)이 정현파에 가까운 파형을 가지게 할 수 있다. 이에 따라, 정류기의 정류 동작에 따라 발생되는 고조파는 감소될 수 있다.That is, the rectifier included in the wireless power transmission device according to an embodiment of the present invention causes the first and second inductors (L21, L22) to resonate with the first and second capacitors (C21, C22), respectively, The voltage of the input terminal (V I1 ) and the voltage (V I2 ) of the second input terminal can have a waveform close to a sine wave. Accordingly, harmonics generated according to the rectification operation of the rectifier can be reduced.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력수신장치를 나타낸 회로도이다.Figure 4 is a circuit diagram showing a wireless power reception device according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력수신장치는, 수신 인덕터(L31), 제1 수신 캐패시터(C31), 제2 수신 캐패시터(C32), 제3 수신 캐패시터(C33), 제4 수신 캐패시터(C34), 로우 패스 필터(F11) 및 제5 캐패시터(C15)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the wireless power receiving device according to an embodiment of the present invention includes a receiving inductor (L31), a first receiving capacitor (C31), a second receiving capacitor (C32), a third receiving capacitor (C33), It may include a fourth receiving capacitor (C34), a low-pass filter (F11), and a fifth capacitor (C15).
여기서, 수신 인덕터 및 수신 캐패시터를 모두 지칭하는 용어를 수신 수동 소자로 정의한다. 상기 수신 수동 소자는 무선전력송신장치로부터 전력을 수신하여 로우 패스 필터(F11)에 신호를 출력할 수 있다.Here, the term referring to both the receiving inductor and the receiving capacitor is defined as a receiving passive element. The passive receiving element may receive power from the wireless power transmission device and output a signal to the low-pass filter (F11).
수신 인덕터(L31)는 무선전력송신장치의 송신 인덕터(L32)로부터 자기공진방식으로 전력을 수신할 수 있다.The receiving inductor (L31) can receive power in a self-resonant manner from the transmitting inductor (L32) of the wireless power transmission device.
제1, 제2, 제3 및 제4 수신 캐패시터(C31, C32, C33, C34)는 수신 인덕터(L31)와 공진할 수 있다. 여기서, 공진 주파수는 6.78MHz일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The first, second, third, and fourth receiving capacitors C31, C32, C33, and C34 may resonate with the receiving inductor L31. Here, the resonant frequency may be 6.78 MHz, but is not limited thereto.
예를 들어, 상기 제1 및 제2 수신 캐패시터(C31, C32)의 일단은 수신 인덕터(L31)의 일단에 연결되고, 상기 제3 및 제4 수신 캐패시터(C33, C34)의 일단은 수신 인덕터(L31)의 타단에 연결될 수 있다. 또한, 상기 제2 및 제3 수신 캐패시터(C33)의 타단은 그라운드에 연결될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제4 수신 캐패시터(C31, C34)의 타단은 로우 패스 필터(F11)에 연결될 수 있다.For example, one end of the first and second receiving capacitors (C31, C32) is connected to one end of the receiving inductor (L31), and one end of the third and fourth receiving capacitors (C33, C34) is connected to the receiving inductor ( It can be connected to the other end of L31). Additionally, other ends of the second and third receiving capacitors C33 may be connected to ground. Additionally, other ends of the first and fourth receiving capacitors C31 and C34 may be connected to the low pass filter F11.
로우 패스 필터(F11)는 수신 인덕터(L31)과 수신 캐패시터의 공진 신호를 로우 패스 필터링하여 제1 및 제2 출력 단자로 신호를 출력할 수 있다. 상기 로우 패스 필터(F11)는 공진 신호에 포함된 리플(ripple)과 같은 잡음을 제거하도록 공진 주파수보다 높은 주파수의 컷오프(cut-off) 주파수를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 로우 패스 필터(F11)는 LC필터 또는 RC필터로 구현될 수 있다.The low-pass filter F11 may low-pass filter the resonance signal of the receiving inductor L31 and the receiving capacitor and output the signal to the first and second output terminals. The low-pass filter F11 may have a cut-off frequency higher than the resonance frequency to remove noise such as ripple included in the resonance signal. For example, the low-pass filter F11 may be implemented as an LC filter or an RC filter.
상기 로우 패스 필터(F11)의 제1 및 제2 출력 단자는 도 1에 도시된 정류기의 제1 및 제2 입력 단자에 각각 연결될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력송신장치는 정류기의 정류 동작에 따라 발생되는 고조파를 감소시킬 수 있다.The first and second output terminals of the low-pass filter (F11) may be connected to the first and second input terminals of the rectifier shown in FIG. 1, respectively. Therefore, the wireless power transmission device according to an embodiment of the present invention can reduce harmonics generated according to the rectification operation of the rectifier.
제5 캐패시터(C15)는 상기 로우 패스 필터(F11)의 제1 및 제2 출력 단자에 연결될 수 있다. 상기 제5 캐패시터(C15)는 도 2a에 도시된 제2 및 제3 캐패시터에 병렬로 연결된 캐패시터로 동작할 수 있고, 도 2b에 도시된 제1 및 제4 캐패시터에 병렬로 연결된 캐패시터로 동작할 수 있다. 즉, 상기 제5 캐패시터(C15)는 정류기에 포함되는 인덕터와 공진할 수 있다. 따라서, 상기 제5 캐패시터(C15)는 정류기의 정류 동작에 따라 발생되는 고조파를 감소시킬 수 있다.The fifth capacitor C15 may be connected to the first and second output terminals of the low pass filter F11. The fifth capacitor C15 may operate as a capacitor connected in parallel to the second and third capacitors shown in FIG. 2A, and may operate as a capacitor connected in parallel to the first and fourth capacitors shown in FIG. 2B. there is. That is, the fifth capacitor C15 may resonate with the inductor included in the rectifier. Accordingly, the fifth capacitor C15 can reduce harmonics generated according to the rectification operation of the rectifier.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력수신장치를 나타낸 회로도이다.Figure 5 is a circuit diagram showing a wireless power reception device according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력수신장치는, 수신 인덕터(L41), 제1 수신 캐패시터(C41), 제2 수신 캐패시터(C42), 제3 수신 캐패시터(C43), 제4 수신 캐패시터(C44) 및 로우 패스 필터(F21)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, the wireless power receiving device according to an embodiment of the present invention includes a receiving inductor (L41), a first receiving capacitor (C41), a second receiving capacitor (C42), a third receiving capacitor (C43), It may include a fourth receiving capacitor (C44) and a low pass filter (F21).
수신 인덕터(L41)는 무선전력송신장치의 송신 인덕터(L42)로부터 자기공진방식으로 전력을 수신할 수 있다. 상기 수신 인덕터(L41)는 그라운드 전압, 제1 및 제3 수신 캐패시터(C42, C43)에 연결되는 센터 탭(center tap)을 가질 수 있다.The receiving inductor (L41) can receive power in a self-resonant manner from the transmitting inductor (L42) of the wireless power transmission device. The receiving inductor L41 may have a ground voltage and a center tap connected to the first and third receiving capacitors C42 and C43.
제1, 제2, 제3 및 제4 수신 캐패시터(C41, C42, C43, C44)는 수신 인덕터(L41)와 공진할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 수신 캐패시터(C41, C42)의 일단은 수신 인덕터(L41)의 일단에 연결되고, 상기 제3 및 제4 수신 캐패시터(C43, C44)의 일단은 수신 인덕터(L41)의 타단에 연결될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제4 수신 캐패시터(C41, C44)의 타단은 로우 패스 필터(F41)에 연결될 수 있다.The first, second, third, and fourth receiving capacitors C41, C42, C43, and C44 may resonate with the receiving inductor L41. For example, one end of the first and second receiving capacitors (C41, C42) is connected to one end of the receiving inductor (L41), and one end of the third and fourth receiving capacitors (C43, C44) is connected to one end of the receiving inductor ( It can be connected to the other end of L41). Additionally, other ends of the first and fourth receiving capacitors C41 and C44 may be connected to a low pass filter F41.
로우 패스 필터(F21)는 수신 인덕터(L41)과 수신 캐패시터의 공진 신호를 로우 패스 필터링하여 제1, 제2 및 제3 출력 단자로 신호를 출력할 수 있다. 상기 로우 패스 필터(F21)는 공진 신호에 포함된 리플(ripple)과 같은 잡음을 제거하도록 공진 주파수보다 높은 주파수의 컷오프 주파수를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 로우 패스 필터(F21)는 LC필터 또는 RC필터로 구현될 수 있다.The low-pass filter F21 may low-pass filter the resonance signal of the receiving inductor L41 and the receiving capacitor and output the signal to the first, second, and third output terminals. The low-pass filter F21 may have a cutoff frequency higher than the resonance frequency to remove noise such as ripple included in the resonance signal. For example, the low-pass filter F21 may be implemented as an LC filter or an RC filter.
상기 로우 패스 필터(F21)의 제1, 제2 및 제3 출력 단자는 도 3에 도시된 정류기의 제1, 제2 및 제3 입력 단자에 각각 연결될 수 있다.The first, second, and third output terminals of the low-pass filter F21 may be connected to the first, second, and third input terminals of the rectifier shown in FIG. 3, respectively.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력수신장치의 무선전력전송 시스템을 나타낸 블록도이다.Figure 6 is a block diagram showing a wireless power transmission system of a wireless power reception device according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 무선전력전송 시스템은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력수신장치(1000)와 무선전력송신장치(2000)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6, the wireless power transmission system may include a wireless
무선전력수신장치(1000)는 정류기(1100), 수신 공진기(1200), 수신기 제어기(1300), 컨버터(1400) 및 부하(1500)를 포함할 수 있다.The wireless
무선전력송신장치(2000)는 전력원(2100), 송신 공진기(2200), 송신기 제어기(2300), 전력 증폭기(2400) 및 정합 회로(2500)를 포함할 수 있다.The wireless
정류기(1100)는 수신되는 전력을 정류할 수 있으며, 도 1 내지 도 3에 도시된 정류기일 수 있다. 상기 정류기(1100)는 정류 동작에 따라 발생되는 고조파뿐만 아니라 무선전력수신장치(1000) 및 수신 공진기(1200)와 같은 정류기(1100) 이전 과정에서 발생되는 고조파도 저감할 수 있다.The
수신 공진기(1200)는 송신 공진기(2200)에 공진 결합(resonant coupling)될 수 있다. 즉, 상기 수신 공진기(1200)는 송신 공진기(2200)의 공진 주파수와 실질적으로 동일한 공진 주파수를 가질 수 있다.The receiving
수신기 제어기(1300)는 무선전력수신장치(1000)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 수신기 제어기(1300)는 MCU(micro controller unit)를 포함하여 제어 프로세스를 수행하고 송신기 제어기(2300)와 양방향 통신을 수행할 수 있다.The
컨버터(1400)는 정류기(1100)에서 정류된 전력의 전압을 변환할 수 있다. 예를 들어, 상기 컨버터(1400)는 DC-DC 컨버터를 포함하여 정류된 전력에 대해 승압하거나 강압할 수 있다.The
부하(1500)는 컨버터(1400)에 변환된 전력을 필요로 하는 디바이스에 공급할 수 있다.The
전력원(2100)은 무선전력송신장치(2000)에 송신할 전력을 저장할 수 있다. 예를 들어, 상기 전력원(2100)은 외부로부터 유선으로 전력을 공급받아 저장하는 배터리, 저장된 전력을 변환하는 인버터 및 상기 배터리와 상기 인버터의 사이에서 스위칭 동작하는 스위치를 포함할 수 있다.The
송신 공진기(2200)는 수신 공진기(2200)에 공진 결합(resonant coupling)될 수 있다.The transmitting
송신기 제어기(2300)는 무선전력송신장치(2000)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 송신기 제어기(2300)는 MCU(micro controller unit)를 포함하여 제어 프로세스를 수행하고 수신기 제어기(1300)와 양방향 통신을 수행할 수 있다.The
전력 증폭기(2400)는 전력원(2100)으로부터 입력되는 전력을 증폭하여 송신 공진기(2200)로 전달할 수 있다.The
정합 회로(2500)는 전력 증폭기(2400)에서 증폭된 전력을 송신 공진기(2200)에 전달할 때의 전력 손실을 줄이기 위해 임피던스를 정합할 수 있다.The
도 7a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력수신장치에 포함되는 정류기의 입력 신호를 나타낸 그래프이다.Figure 7a is a graph showing an input signal of a rectifier included in a wireless power receiving device according to an embodiment of the present invention.
도 7a를 참조하면, 가로축은 시간(t)의 경과를 나타내고, 세로축은 정류기의 제1 입력 단자의 전압(VI1)과 제2 입력 단자의 전압(VI2)간의 차이 전압을 나타내며, 곡선은 정현파에 가까운 형태의 파형이다.Referring to Figure 7a, the horizontal axis represents the passage of time (t), the vertical axis represents the difference voltage between the voltage (V I1 ) of the first input terminal of the rectifier and the voltage (V I2 ) of the second input terminal, and the curve is It is a waveform close to a sine wave.
도 7b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력수신장치에 포함되는 정류기의 출력 신호를 나타낸 그래프이다.Figure 7b is a graph showing the output signal of a rectifier included in the wireless power receiving device according to an embodiment of the present invention.
도 7b를 참조하면, 가로축은 시간(t)의 경과를 나타내고, 세로축은 정류기의 출력 단자의 전압(Vo)을 나타내며, 곡선은 0 또는 양의 전압을 가진다.Referring to FIG. 7B, the horizontal axis represents the passage of time (t), the vertical axis represents the voltage (Vo) at the output terminal of the rectifier, and the curve has a 0 or positive voltage.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력수신장치에 포함되는 정류기의 입력 신호 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.Figure 8 is a graph showing the input signal spectrum of a rectifier included in the wireless power receiving device according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 가로축은 주파수 나타내고, 세로축은 파워(P)를 dB스케일로 나타낸다. 여기서, 3차 고조파의 파워의 기본파의 파워 대비 비율은 10%미만일 수 있으며, 일반적인 구형파의 비율보다 낮은 비율이다. 또한, 3차 고조파의 파워가 작을 경우, 5차 이후의 고조파의 파워는 더욱 작다.Referring to Figure 8, the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents power (P) on a dB scale. Here, the ratio of the power of the third harmonic to the power of the fundamental wave may be less than 10%, which is lower than the ratio of a general square wave. Additionally, when the power of the 3rd harmonic is small, the power of the 5th and subsequent harmonics is even smaller.
즉, 정류기의 입력 단자의 전압은 공진에 의해 기본파 대비 고조파의 비율이 작은 파형을 가질 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력수신장치는 정류 동작에 따라 발생되는 고조파를 감소시킬 수 있다.That is, the voltage at the input terminal of the rectifier may have a waveform in which the ratio of harmonics to the fundamental wave is small due to resonance. Accordingly, the wireless power receiving device according to an embodiment of the present invention can reduce harmonics generated during the rectification operation.
이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.In the above, the present invention has been described by way of examples, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and those skilled in the art in the field to which the invention pertains can do so without departing from the gist of the invention as claimed in the patent claims. Anyone can make various variations.
C11, C21: 제1 캐패시터
C12, C22: 제2 캐패시터
C13: 제3 캐패시터
C14: 제4 캐패시터
C31, C32, C33, C34, C41, C42, C43, C44: 수신 캐패시터
D11, D21: 제1 다이오드
D12, D22: 제2 다이오드
D13: 제3 다이오드
D14: 제4 다이오드
F11, F21: 로우 패스 필터
L11: 인덕터
L21: 제1 인덕터
L22: 제2 인덕터
L31, L41: 수신 인덕터
L32, L42: 송신 인덕터
1000: 무선전력전송 수신기
1100: 정류기
1200: 수신 공진기
1300: 수신기 제어기
1400: 컨버터
1500: 부하
2000: 무선전력전송 송신기
2100: 전력원
2200: 송신 공진기
2300: 송신기 제어기
2400: 전력 증폭기
2500: 정합 회로C11, C21: first capacitor
C12, C22: second capacitor
C13: third capacitor
C14: fourth capacitor
C31, C32, C33, C34, C41, C42, C43, C44: Receive capacitors
D11, D21: first diode
D12, D22: second diode
D13: third diode
D14: fourth diode
F11, F21: Low pass filter
L11: inductor
L21: first inductor
L22: second inductor
L31, L41: Receive inductor
L32, L42: Transmit inductor
1000: Wireless power transmission receiver
1100: rectifier
1200: Receiving resonator
1300: Receiver controller
1400: converter
1500: load
2000: Wireless power transmission transmitter
2100: power source
2200: Transmit resonator
2300: Transmitter controller
2400: Power amplifier
2500: matching circuit
Claims (11)
상기 전력을 정류하도록 서로 연결되며, 제1 입력 단자로부터 전류가 통과하도록 일단이 상기 제1 입력 단자에 연결되는 제1 다이오드; 및 제2 입력 단자로부터 전류가 통과하도록 일단이 상기 제2 입력 단자에 연결되고, 타단이 상기 제1 다이오드의 타단에 연결되는 제2 다이오드; 를 포함하는 복수의 다이오드;
상기 복수의 다이오드에 각각 병렬 연결되며, 일단이 상기 제1 다이오드의 일단에 연결되고 타단이 상기 제1 다이오드의 타단에 연결되는 제1 캐패시터; 일단이 상기 제2 다이오드의 일단에 연결되고 타단이 상기 제2 다이오드의 타단에 연결되는 제2 캐패시터; 를 포함하는 복수의 캐패시터; 상기 복수의 캐패시터와 공진하도록 상기 복수의 다이오드에 연결되는 인덕터; 및
일단이 상기 제1 다이오드의 타단 및 상기 제2 다이오드의 타단에 연결되고 타단이 제3 입력 단자에 연결되는 평활 캐패시터; 를 포함하고,
상기 인덕터는,
일단이 상기 제1 입력 단자에 연결되고 타단이 상기 제3 입력 단자에 연결되는 제1 인덕터; 및
일단이 상기 제2 입력 단자에 연결되고 타단이 상기 제3 입력 단자에 연결되는 제2 인덕터; 를 포함하는 무선전력수신장치.
A receiving passive element that receives power from a wireless power transmission device;
first diodes connected to each other to rectify the power, and having one end connected to the first input terminal to allow current to pass from the first input terminal; and a second diode, one end of which is connected to the second input terminal and the other end of which is connected to the other end of the first diode so that a current passes from the second input terminal. A plurality of diodes including;
a first capacitor each connected in parallel to the plurality of diodes, one end of which is connected to one end of the first diode and the other end of which is connected to the other end of the first diode; a second capacitor having one end connected to one end of the second diode and the other end connected to the other end of the second diode; A plurality of capacitors including; an inductor connected to the plurality of diodes to resonate with the plurality of capacitors; and
a smoothing capacitor with one end connected to the other end of the first diode and the other end of the second diode and the other end connected to a third input terminal; Including,
The inductor is,
a first inductor having one end connected to the first input terminal and the other end connected to the third input terminal; and
a second inductor having one end connected to the second input terminal and the other end connected to the third input terminal; A wireless power receiving device including a.
상기 전력을 로우 패스 필터링(low pass filtering)하여 상기 복수의 다이오드로 전달하는 로우 패스 필터를 더 포함하는 무선전력수신장치.
According to paragraph 1,
A wireless power receiving device further comprising a low-pass filter that low-pass filters the power and transmits it to the plurality of diodes.
상기 수신 인덕터와 공진하는 수신 캐패시터;
상기 수신 인덕터와 상기 수신 캐패시터의 공진 신호를 로우 패스 필터링하는 로우 패스 필터; 및
상기 로우 패스 필터의 출력 신호를 정류하며, 서로 공진하는 캐패시터 및 인덕터를 포함하는 정류기; 를 포함하고,
상기 정류기는,
상기 로우 패스 필터의 제1 출력 단자로부터 전류가 통과하도록 일단이 상기 제1 출력 단자에 연결되는 제1 다이오드;
상기 로우 패스 필터의 제2 출력 단자로부터 전류가 통과하도록 일단이 상기 제2 출력 단자에 연결되는 제2 다이오드; 를 포함하고,
상기 캐패시터는 각각 제1 및 제2 다이오드에 병렬 연결되는 제1 및 제2 캐패시터를 포함하고,
상기 인덕터는,
일단이 상기 제1 출력 단자에 연결되고 타단이 상기 로우 패스 필터의 제3 출력 단자에 연결되어 상기 제1 캐패시터와 공진하는 제1 인덕터; 및
일단이 상기 제2 출력 단자에 연결되고 타단이 상기 제3 출력 단자에 연결되어 상기 제2 캐패시터와 공진하는 제2 인덕터; 를 포함하는 무선전력수신장치.
A receiving inductor that receives power from a wireless power transmission device in a self-resonant manner;
a receiving capacitor resonating with the receiving inductor;
a low-pass filter that low-pass filters the resonance signal of the receiving inductor and the receiving capacitor; and
a rectifier that rectifies the output signal of the low-pass filter and includes a capacitor and an inductor that resonate with each other; Including,
The rectifier is,
a first diode whose end is connected to the first output terminal of the low-pass filter so that current passes therefrom;
a second diode whose end is connected to the second output terminal of the low-pass filter so that current passes therefrom; Including,
The capacitor includes a first and a second capacitor connected in parallel to the first and second diodes, respectively,
The inductor is,
a first inductor with one end connected to the first output terminal and the other end connected to a third output terminal of the low-pass filter to resonate with the first capacitor; and
a second inductor with one end connected to the second output terminal and the other end connected to the third output terminal to resonate with the second capacitor; A wireless power reception device including a.
상기 정류기에 포함되는 인덕터와 캐패시터의 공진 주파수는 상기 수신 인덕터와 상기 수신 캐패시터의 공진 주파수와 동일한 무선전력수신장치.According to clause 8,
A wireless power receiving device in which the resonance frequency of the inductor and capacitor included in the rectifier is the same as the resonance frequency of the receiving inductor and the receiving capacitor.
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